Rok akademicki 1995/96	Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Nr ćwiczenia 4	TEMAT: Ocena twardości tworzyw amorficznych i krystalicznych
Wydział Mech. IZK K01 gr.1	A.CIBA,M.MAJEWSKI,M.SKORUPA
Data wykonania 1996.04.13		Ocena	Data zaliczenia	Podpis
	T
	S

1. TEORIA

Twardość jest to wielkość odkształcenia zachodzącego pod działaniem sił skupionych (działających na niewielką powierzchnię badanego materiału). Zależy przede wszystkim od : rodzaju materiału, sposobie jego otrzymywania, ilości i rodzaju obróbek, warunków zewnętrznych itp. Pomiar twardości jest jednym ze sposobów na otrzymywanie wiadomości o wytrzymałości badanego materiału.

Monokryształy charakteryzują się jednolitą budową sieci krystalicznej. Powstają z substancji stałych, ciekłych i gazowych w określonych warunkach (temperatura, ciśnienie). Do powstania i wzrostu monokryształu potrzebne jest przesycenie lub przechłodzenie fazy wejściowej w stosunku do powstałej w niej fazy ciekłej. Podczas procesu krystalizacji dąży się do otrzymania monokryształu o minimalny stężeniu defektów wewnętrznych i domieszek. Niekiedy pożądane są monokryształy o równomiernym rozkładzie domieszek, określonej wartościowości i założonej koordynacji w sieci. Do otrzymania produktu o założonych właściwościach wymaga się wysokiej jakości materiałów wejściowych, przestrzeganie warunków zachodzenia procesów itd.

1.CEL ĆWICZENIA

Określenie twardości szkła i monokryształu (Al₂O₃) metodą Vickers'a.

2. PRZYRZĄDY

• mikroskop do badania twardości materiałów

• próbki : szklana, monokrystaliczna (Al₂O₃+Cr₂O₃, rubin)

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Do badania próbek wykorzystaliśmy metodę Vickers'a, która charakteryzuje się dużą precyzją pomiaru i może być stosowana zarówno do badania materiałów twardych i miękkich, kruchych i plastycznych. W metodzie tej jako czynnika wciskanego w materiał badany używa się ostrosłupa diamentowego o kącie nachylenia ścian bocznych przy wierzchołku 136°. Pomiarowi podlega przekątna kwadratu powstającego podczas wciskania stożka w próbkę. Wgłębnik wciskany jest w próbkę obciążeniem 100 g. Dla uzyskania dokładniejszego wyniku wykonuje się kilku pomiarów w różnych miejscach próbki. Do pomiarów należy używać powierzchni gładkich, bez zarysowań i odkształceń.

Do obliczeń wykorzystujemy poniższy wzór :

gdzie :

H- twardość [kG/mm²]

P- obciążenie [G]

przekątna odcisku [μm]

Dla próbki szklanej wykonaliśmy 2, a dla rubinu 10 pomiarów. Dla obu próbek korzystaliśmy z obciążenia 100 G. Otrzymaną wartość przekątnej mnożyliśmy razy 0,31, aby wynik był podany w [μm].

TABELA POMIARÓW

dla szkła
	C	C2			C1
	13,33	425			382
	13,33	426			383
	16,43	423			370
	17,98	427			369
	16,12	424			372
	16,12	423			371
	17,36	423			367
	19,53	437			374
	15,81	428			377
	15,5	425			375
C ŚRED	16,151
dla monokryształu
	C	C2			C1
	7,44	407			383
	6,82	413			391
C ŚRED	7,13

dla szkła	dla rubinu
Hśr.	Hśr.
710,74	3646,9

PRZYKŁADOWE OBLICZENIA :

1. C = (425-383)⋅0,31=13,33 [μm]

2. H_ŚR =

UWAGI I WNIOSKI :

Otrzymane wyniki twardości dla szkła i rubinu są bardzo rożne. Twardość rubinu jest około pięć razy większa niż twardość szkła (wyniki powyżej). Wartość twardości dla szkła 710 [kG/mm²]odpowiada materiałom wykonanym z krzemionki (z tablic 700-750 [kG/mm²] ). Wartość twardości dla rubinu wyniosła ok.3650[kG/mm²], jest to wartość znacznie większa niż wzorcowa (ok.1500 [kG/mm²]). Na wynik mają wpływ dokładność pomiaru, dokładność urządzenia, dlatego też mogła wystąpić tak duża rozbieżność pomiędzy wynikami. Podczas przeprowadzania pomiaru występowały trudności z ustawieniem urządzenia, dlatego też dla rubinu zostały przeprowadzone tylko dwa pomiary. Kłopoty związane z ustawieniem urządzenia również mogły mieć wpływ na wynik pomiaru.

---